逆變器用IGBT吸收電路的Matlab仿真研究
張全柱，黃成玉，鄧永紅
(華北科技學(xué)院信息與控制技術(shù)研究所，北京101601)
摘要：IGBT的開關(guān)速度很高，關(guān)斷時(shí)一般會產(chǎn)生過電壓，實(shí)際電路中通常都會在IGBT旁加吸收電路(緩沖電路)。針對其中五種吸收電路的特點(diǎn)、適用范圍進(jìn)行了描述和比較，并利用Matlab軟件對IGBT(兩種第五代IGBT模塊)的吸收電路進(jìn)行了仿真，并給出了試驗(yàn)渡形和優(yōu)化的吸收電路參數(shù)選擇。
關(guān)鍵詞：IGBT過電壓；吸收電路；仿真；參數(shù)選擇
中圖分類號：TM464 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B
1引言
絕緣柵雙極型晶體管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)作為兼有MOSFET和電力晶體管的新型復(fù)合型器件，是一種輸入阻抗高，驅(qū)動功率小，開關(guān)速度高的電壓控制型器件，在電力電子領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用。但由于IGBT關(guān)斷過程中很可能產(chǎn)生過電壓，在實(shí)際電路中IGBT吸收電路(緩沖電路)必不可少。
2 IGBT的過電壓和吸收電路
2.1IGBT過電壓的分類
IGBT過電壓主要分為關(guān)斷過電壓和換相過電壓兩種[1]。
(1)關(guān)斷過電壓
IGBT的開關(guān)速度很高，關(guān)斷時(shí)會產(chǎn)生很大的di／dt，從而在模塊周邊的分布電感L上會產(chǎn)生很高的L·(di／dt)(關(guān)斷浪涌電壓)，如果對其不加限制，則可能會造成器件的過壓擊穿。
(2)換相過電壓
續(xù)流二極管反向恢復(fù)時(shí)也會產(chǎn)生過電樂(浪涌電壓)。當(dāng)IGBT導(dǎo)通時(shí)，二極管的電流迅速減小到0而趨向關(guān)斷，其反向恢復(fù)過程使這個電流繼續(xù)減小到負(fù)的****值，在這個電流再次快速恢復(fù)到O的過程中，會產(chǎn)生可觀的dI／dt，進(jìn)而會在母線寄生電感上感應(yīng)出Vs=Lb·di／dt的電壓阻止該電流的減小，這個電壓Vs和直流電壓疊加起來，對IGBT的耐壓能力形成威脅。
2.2 IGBT吸收電路的種類和特點(diǎn)
吸收電路也稱緩沖電路，是抑制過電壓的重要方法之一。
IGBT的吸收電路分為充放電型和放電阻止型兩種。如圖1、2、3所示，充放電型吸收電路一般分為RC充放電吸收電路、RCD充放電吸收電路和C吸收電路。放電阻止型吸收電路一般分為放電阻止型RCD吸收電路(A)和放電阻止型RCD吸收電路(B)。
如表1所示為充放電型吸收電路，如表2所示為放電阻止型吸收電路類型比較。
3 Matlab／Simulink6.O對IGBT吸收電路的建模和研究
為了研究吸收電路對IGBT過電壓的抑制情
況，使用Matlab／Simulink6.0對IGBT實(shí)際吸收電路建立模型進(jìn)行仿真分析。通過模擬CMIOODY-24A、CM300DY-24A[2](耐電壓為1200V，集電極電流分別為100A、300A)兩種IGBT模塊關(guān)斷時(shí)的過電壓情況，比較RC、RCD、C、放電阻止型RCD吸收電路(A)和放電阻止型RCD吸收電路(B)五種吸收電路對過電樂的抑制效果，并找出電路組件的****參數(shù)。如圖4、5所示。
3.1 CM1OODY-24A模塊的吸收電路選擇與研究
(1)無吸收電路時(shí)過電壓的情況分析
分析過程中，為了更真實(shí)地模擬IGBT在較惡劣環(huán)境中的工作情況，仿真過程根據(jù)推薦值對模型中CM100DY-24A的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。
如圖6所示為在不加吸收電路情況下IGBT關(guān)斷時(shí)的過電壓情況。從圖6中可以看到，在不加吸收電路保護(hù)的情況下，IGBT關(guān)斷時(shí)的電壓峰值接近900V，這對IGBT的安全工作是很不利的。
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